[发明专利]基于低成本金属和透明导电氧化物的复合薄膜电极及其在钙钛矿光电器件中的应用

说明书

本发明公开了一种复合薄膜电极及其在钙钛矿光电器件中的应用。所述复合薄膜电极包括依次复合的透明导电氧化物层和低成本金属层，透明导电氧化物层的材质为氧化铟锡、掺杂氟的氧化锡、掺钨氧化铟、氧化铟锌、掺杂铝的氧化锌和氧化锌锡中任一种及其组合，低成本金属层的材质为铜、铝、镍、锌、锡、铁和银中任一种及其合金和组合。本发明提供了基于低成本金属和透明导电氧化物的复合薄膜电极，并将其成功应用于以钙钛矿太阳能电池为代表的钙钛矿光电器件中，在实现钙钛矿光电器件较高光电转换效率基础上，大幅提高了钙钛矿光电器件的综合稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于低成本金属和透明导电氧化物的复合薄膜电极及其在钙钛矿光电器件中的应用，属于光电材料与器件技术领域。

背景技术

钙钛矿材料在光电器件如钙钛矿太阳能电池、钙钛矿电致发光器件(LED)等都取得了很好的性能，因此引起了广泛关注。但是目前，钙钛矿光电器件普遍存在稳定性较差等问题，特别是光稳定性、热稳定性以及湿度稳定性方面距商业化应用还有较大差距。

当前，以钙钛矿太阳能电池为代表的钙钛矿光电器件以其较高的光电转换效率(超过20％)、低廉的制备成本、较为简单的制备工艺而备受光伏行业关注。其中，钙钛矿光电器件主要由透明导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和对电极等5部分组成。对电极对于钙钛矿光电器件的效率和稳定性具有重要影响。目前使用最广泛的是贵金属电极如金电极等。贵金属电极不仅成本高，而且在使用过程中容易对钙钛矿光电器件性能造成不利影响。研究表明，金属电极在受热或者长时间使用过程中会向钙钛矿层发生扩散，从而造成钙钛矿层的缺陷逐渐增多，使得器件的各项性能参数指标明显下降。另一方面，当钙钛矿层在光照或受热条件下，碘离子缺陷容易扩散到晶体表面，在电场作用下跟金属电极发生反应生成不导电的金属碘化物，导致电池的内阻增大，进而导致器件效率下降甚至失效。最后是当器件外部湿度较大时，外部环境中的水气会与钙钛矿层发生反应，使得钙钛矿层出现了分解，进而严重影响了钙钛矿光电器件的稳定性。因此亟需通过电极优化等方法提高钙钛矿光电器件的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于低成本金属和透明导电氧化物的复合薄膜电极，并将其应用于钙钛矿光电器件，在保证钙钛矿光电器件获得良好性能的基础上，大幅提高了钙钛矿光电器件的稳定性，且普适性好、制备成本较低、制备工艺简单，易于大规模商业化生产制造。

本发明所提供的复合薄膜电极，包括依次复合的透明导电氧化物层和金属层；

所述透明导电氧化物层的材质包括但不仅限于氧化铟锡、掺杂氟的氧化锡、氧化铟锌、掺钨氧化铟、掺杂铝的氧化锌和氧化锌锡中任一种及其组合；

所述低成本金属层的材质包括但不仅限于铜、铝、镍、锌、锡、铁和银中任一种及其组合或合金，适用性广，且金属电极均为成本低廉的金属材料，商业化应用价值大。

所述透明导电氧化物层的厚度可为0.5～500nm，优选20～200nm；

所述低成本金属层的厚度可为0.5～300nm，优选20～200nm。

本发明提供的复合薄膜电极，其中的金属可提供非常好的导电性，其中的透明导电氧化物则在具有较好导电性的同时，起到了电极层与钙钛矿层之间的屏障，拥有非常好的化学稳定性和阻隔钙钛矿与外界物质相互扩散的作用，阻挡了金属电极的扩散、卤化物的逸出以及水分的侵入反应，因此将二者结合可以获得具有优异导电性和稳定性的复合薄膜电极。

将本发明复合薄膜电极应用在正式结构的钙钛矿光电器件中，在实现钙钛矿光电器件较高光电性能的同时，在器件综合稳定性等方面均有显著提升。

本发明进一步提供了一种钙钛矿太阳能电池为代表的光电器件，由下至上依次为透明导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和对电极；

所述对电极为所述复合薄膜电极。